[发明专利]双向传输纳米颗粒和细胞的光纤探针、系统、生物传送带及传输方法

说明书

本发明涉及双向传输纳米颗粒和细胞的光纤探针、系统、生物传送带及传输方法，属于细胞生物学和细胞纳米技术领域。本发明所述双向传输纳米颗粒和细胞的光纤探针前端的外周面为抛物线型，且所述光纤探针的前端一体拉伸有圆柱形尖端。本发明所述光纤探针能够基于自然细胞组装形成的生物传送带，实现对纳米颗粒和生物细胞的双向传输，克服以往方案应用于生物系统的痛点，同时还有望应用于活体血管之中。本发明仅使用两根光纤探针，避免了复杂的材料制备和系统集成。

技术领域

本发明涉及细胞生物学和生物纳米技术领域，具体涉及双向传输纳米颗粒和细胞的光纤探针、系统、生物传送带及传输方法。

背景技术

实现细胞的双向输运对于细胞生物学和生物纳米技术领域意义重大，可用来研究细胞与细胞间的相互作用，细胞粘附，精准的细胞筛选以及单细胞转染等。除了细胞以外，实现纳米颗粒的有效传输对于构建复杂的纳米结构，生物分析以及药物靶向输运等纳米医疗领域也发挥着至关重要的作用。截至目前，人们基于不同物理原理提出了多种实现微粒和细胞的传输方案，包括介电泳，磁泳，声泳，微流控及光学传送带等。

基于介电泳、磁泳、声泳及微流控的方案通常需要精心制作的电极、磁控管、超声装置或特殊设计的微流系统，系统庞大，造价昂贵，不利于进一步的光电集成。此外，以上操作技术分别对于微粒的电导率、磁感应系数、声学特性等要求苛刻，故仅可应用于特定纳米颗粒的定向输运。相比以上技术，光力可实现对微纳颗粒的非接触和无损伤操控，且无需对样品进行特异性标记，故而引起研究人员的极大兴趣和关注。截至目前，多种近场光捕获技术已被研制并应用于纳米颗粒的捕获和定点释放，包括等离激元，窄带波导，纳米光纤及光学谐振腔等，称之为“光学传送带”。然而，由于对金属及介电材料的依赖及复杂的制作工艺，其生物兼容性和可降解性较差，因而当应用于细胞输运等生物系统时面临严峻挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供双向传输纳米颗粒和细胞的光纤探针、系统、生物传送带及传输方法。本发明所述光纤探针能够基于自然细胞组装形成的生物传送带，实现对纳米颗粒和生物细胞的双向传输，克服以往方案应用于生物系统的痛点，同时还有望应用于活体血管之中。本发明仅使用两根光纤探针，避免了复杂的材料制备和系统集成。

本发明提供了双向传输纳米颗粒和细胞的光纤探针，所述光纤探针前端的外周面为抛物线型，且所述光纤探针的前端一体拉伸有圆柱形尖端，所述光纤探针数量为2个。

优选的是，所述抛物线型的轴线与所述圆柱形的轴线在一条直线上，且圆柱形尖端根部的任一点与所述光纤探针前端的抛物面之间的切线与所述光纤探针轴线的夹角为40°～45°。

优选的是，所述光纤探针的抛物线型前端的直径在11.25μm的长度内由6.3μm下降到1.8μm；所述圆柱形尖端的直径为0.6μm，长度为1.8μm。

本发明还提供了上述技术方案所述光纤探针的制备方法，包括以下步骤：

去掉单模光纤的表面涂覆层，得到裸光纤；将裸光纤外套一根玻璃毛细管，置于火焰上方进行加热，当到达光纤熔点后，沿轴向进行第一拉伸，拉伸速度为2.5mm/s，将第一拉伸后的光纤移开火焰上方，沿轴向进行第二拉伸并拉断，拉伸速度为10mm/s，得到含圆柱形尖端的光纤探针。

优选的是，所述单模光纤的包层直径为125μm，所述第一拉伸后，光纤直径在3mm的长度内减至6.3μm。

本发明还提供了双向传输纳米颗粒和细胞的光纤探针系统，所述光纤探针系统包括上述技术方案所述光纤探针或上述技术方案所述制备方法得到的光纤探针、光纤激光器、三维调节架、二维位移台、载玻片、显微镜、电荷耦合元件和电脑。

本发明还提供了基于上述技术方案所述光纤探针或上述技术方案所述制备方法得到的光纤探针或上述技术方案所述光纤探针系统的生物传送带，所述生物传送带的制备方法包括以下步骤：